KR102238769B1 - Composition for forming electrode, electrode manufactured using the same and solar cell - Google Patents

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Abstract

도전성 분말, 유리프릿, 하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더, 하기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물 및 용매를 포함하는 전극 형성용 조성물을 제공한다.
[화학식 1] [화학식 2]

Figure 112018040328516-pat00011
Figure 112018040328516-pat00012

상기 화학식 1 및 2의 각 치환기의 정의는 상세한 설명에 기재된 바와 같다.It provides a composition for forming an electrode comprising a conductive powder, a glass frit, an organic binder including a polymer containing a structural unit represented by the following formula (1), a block isocyanate compound represented by the following formula (2), and a solvent.
[Formula 1] [Formula 2]
Figure 112018040328516-pat00011
Figure 112018040328516-pat00012

The definitions of each substituent in Formulas 1 and 2 are as described in the detailed description.

Description

전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지{COMPOSITION FOR FORMING ELECTRODE, ELECTRODE MANUFACTURED USING THE SAME AND SOLAR CELL}Composition for electrode formation, and electrode and solar cell manufactured therefrom TECHNICAL FIELD {COMPOSITION FOR FORMING ELECTRODE, ELECTRODE MANUFACTURED USING THE SAME AND SOLAR CELL}

전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 태양 전지에 관한 것이다.It relates to a composition for forming an electrode, an electrode prepared therefrom, and a solar cell.

태양 전지는 태양광의 광자(photon)를 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양 전지는 pn 접합이 구성되는 반도체 기판(반도체 웨이퍼) 상하면에 각각 전면 전극과 후면 전극이 형성되어있다. 태양 전지는 기판에 입사되는 태양광에 의해 pn 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다.Solar cells generate electrical energy using the photoelectric effect of a pn junction that converts photons of sunlight into electricity. In a solar cell, a front electrode and a rear electrode are formed on upper and lower surfaces of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) on which a pn junction is formed. In the solar cell, the photoelectric effect of the pn junction is induced by sunlight incident on a substrate, and electrons generated therefrom provide a current flowing to the outside through an electrode.

이러한 태양 전지의 전극은 전극 형성용 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 기판 표면에 일정 패턴으로 형성될 수 있다.The electrode of such a solar cell may be formed in a predetermined pattern on the surface of the substrate by applying, patterning, and firing the electrode-forming composition.

태양 전지의 변환효율을 향상시키기 위하여 기판과 접촉성을 향상하여 접촉저항(Rc)과 직렬저항(Rs)을 최소화시키거나 유기물로 스크린 마스크(screen mask)의 패턴 선폭을 작게 조절함으로써 미세 선폭(fine line)을 형성하여 단락전류(Isc)를 높이는 방법이 알려져 있다. 그러나 스크린 마스크를 이용하여 전극 패턴 선폭을 감소시키는 방법은 직렬저항(Rs)의 상승을 유발할 수 있고, 미세 패턴의 연속 인쇄성을 저하시킬 수 있다.In order to improve the conversion efficiency of the solar cell, the contact resistance (Rc) and series resistance (Rs) are minimized by improving the contact property with the substrate, or by adjusting the pattern line width of the screen mask to a small size with an organic material. line) to increase the short-circuit current (I sc ) is known. However, a method of reducing the electrode pattern line width using a screen mask may cause an increase in series resistance Rs, and may deteriorate the continuous printability of a fine pattern.

전극 형성용 조성물은 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여하기 위하여 유기 비히클을 사용하는데, 상기 유기 비히클은 통상적으로 유기 바인더와 용매 등을 포함할 수 있다. The composition for forming an electrode uses an organic vehicle to impart viscosity and rheological properties suitable for printing, and the organic vehicle may generally include an organic binder and a solvent.

분산성과 저장안정성을 높이기 위한 방안으로 유기 바인더의 함량을 높이거나, 고분자량의 유기 바인더 수를 사용할 수 있다.As a measure to increase dispersibility and storage stability, the content of the organic binder may be increased, or a number of organic binders having a high molecular weight may be used.

유기 바인더의 함량을 높이는 경우에는 전극 형성 시 저항이 높아질 수 있으며, 고분자량의 유기 바인더를 사용하는 경우에는 고전단속도(high shear rate)에서도 점도가 높아져 테일링(tailing) 현상 및 인쇄 불량이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
[선행 기술문헌]
[특허문헌 1] 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0069159호 (2012.06.28.)
[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 제2012-038625호 (2012.02.23.)
When the content of the organic binder is increased, the resistance may increase during electrode formation, and when a high-molecular-weight organic binder is used, the viscosity increases even at a high shear rate, resulting in a tailing phenomenon and poor printing. There is a problem that there is.
[Prior technical literature]
[Patent Document 1] Korean Patent Application Publication No. 10-2012-0069159 (2012.06.28.)
[Patent Document 2] Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2012-038625 (2012.02.23.)

일 구현예는 고 해상도의 미세 패턴의 형성이 가능하고 인쇄 특성이 우수하며, 분산성과 저장 안정성이 우수한 전극 형성용 조성물을 제공한다.One embodiment provides a composition for forming an electrode capable of forming a fine pattern of high resolution, excellent printing characteristics, and excellent dispersibility and storage stability.

다른 일 구현예는 상기 전극 형성용 조성물로 제조된 전극을 제공한다.Another embodiment provides an electrode made of the electrode-forming composition.

또 다른 구현예는 상기 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.Another embodiment provides a solar cell including the electrode.

일 구현예에 따르면, 도전성 분말; 유리프릿; 하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더; 하기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물; 및 용매를 포함하는 전극 형성용 조성물을 제공한다.According to one embodiment, conductive powder; Glass frit; An organic binder containing a polymer containing a structural unit represented by the following formula (1); Block isocyanate compounds represented by the following formula (2); And it provides a composition for forming an electrode comprising a solvent.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018040328516-pat00001
Figure 112018040328516-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이고,R 1 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group,

X는 50 몰% 내지 90 몰%이고,X is from 50 mol% to 90 mol%,

Y는 10 몰% 내지 50몰%이다.Y is from 10 mol% to 50 mol%.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018040328516-pat00002
Figure 112018040328516-pat00002

상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,

BL은 메틸 에틸 케톡심(methylethyl ketoxime), 카프로락탐(caprolactam), 3,5-디메틸피라졸(3,5-dimethyl pyrazole), 1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole), 이미다졸(imidazole), 2-부타아닌디에틸말로네이트(2-butanine diethyl malonate) 또는 에틸아세토아세테이트(ethylacetoacetate)이고,BL is methylethyl ketoxime, caprolactam, 3,5-dimethyl pyrazole, 1,2,4-triazole , Imidazole, 2-butanine diethyl malonate or ethylacetoacetate,

R2는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이다.R 2 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group.

상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더와 상기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물의 혼합 중량비는 30 : 1 내지 1 : 1일 수 있다.The mixing weight ratio of the organic binder including the polymer containing the structural unit represented by Formula 1 and the block isocyanate compound represented by Formula 2 may be 30:1 to 1:1.

상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체는 하기 화학식 3으로 표현되는 구조 단위를 더 포함할 수 있다.The polymer including the structural unit represented by Formula 1 may further include a structural unit represented by Formula 3 below.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112018040328516-pat00003
Figure 112018040328516-pat00003

상기 화학식 3에서, In Chemical Formula 3,

R3은 수소 또는 메틸기이고,R 3 is hydrogen or a methyl group,

R4는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이고,R 4 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group,

Z는 0.01 몰% 내지 30 몰%이다.Z is from 0.01 mol% to 30 mol%.

상기 화학식 3으로 표현되는 구조 단위는 상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체 100 몰%에 대하여 0.1 몰% 내지 30 몰%로 포함될 수 있다.The structural unit represented by Formula 3 may be included in an amount of 0.1 mol% to 30 mol% based on 100 mol% of the polymer including the structural unit represented by Formula 1.

상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 1,000 g/mol 내지 300,000 g/mol일 수 있다.The weight average molecular weight (Mw) of the polymer including the structural unit represented by Formula 1 may be 1,000 g/mol to 300,000 g/mol.

상기 전극 형성용 조성물은 상기 도전성 분말 60 내지 95 중량%; 상기 유리프릿 0.5 내지 20 중량%; 상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더 1 내지 20 중량%; 상기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물 0.1 내지 5중량%; 및 상기 용매 잔부량을 포함할 수 있다. The electrode-forming composition includes 60 to 95% by weight of the conductive powder; 0.5 to 20% by weight of the glass frit; 1 to 20% by weight of an organic binder containing a polymer containing the structural unit represented by Formula 1; 0.1 to 5% by weight of the block isocyanate compound represented by Chemical Formula 2; And the remaining amount of the solvent.

상기 유리프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함할 수 있다.The glass frit is lead (Pb), tellurium (Te), bismuth (Bi), lithium (Li), phosphorus (P), germanium (Ge), gallium (Ga), cerium (Ce), iron (Fe), Silicon (Si), zinc (Zn), tungsten (W), magnesium (Mg), cesium (Cs), strontium (Sr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin (Sn), indium (In), Vanadium (V), barium (Ba), nickel (Ni), copper (Cu), sodium (Na), potassium (K), arsenic (As), cobalt (Co), zirconium (Zr), manganese (Mn) and It may contain at least one metal element selected from aluminum (Al).

상기 용매는 메틸셀로솔브(methyl cellosolve), 에틸 셀로솔브(ethyl cellosolve), 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve), 지방족 알코올(aliphatic alcohol), α-터피네올(terpineol), β-터피네올, 다이하이드로터피네올(dihydro-terpineol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 에틸렌 글리콜모노부틸에테르(ethylene glycol mono butyl ether), 부틸셀로솔브 아세테이트(butyl cellosolve acetate) 및 텍사놀(Texanol)에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The solvent is methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, aliphatic alcohol, α-terpineol, β-terpineol, Selected from dihydro-terpineol, ethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, butyl cellosolve acetate and Texanol. It may include at least one.

상기 전극 형성용 조성물은 표면처리제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 가소제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제에서 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.The electrode-forming composition may further include one or more additives selected from a surface treatment agent, a dispersant, a thixotropic agent, a viscosity stabilizer, a plasticizer, a defoaming agent, a pigment, an ultraviolet stabilizer, an antioxidant, and a coupling agent.

다른 구현예는 상기 전극 형성용 조성물로 제조된 전극을 제공한다.Another embodiment provides an electrode made of the electrode-forming composition.

또 다른 구현예는 상기 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.Another embodiment provides a solar cell including the electrode.

상기 전극 형성용 조성물은 고 해상도의 미세 패턴의 형성이 가능하고 인쇄 특성이 우수하며 분산성과 저장 안정성이 우수하다.The electrode-forming composition is capable of forming a fine pattern of high resolution, has excellent printing properties, and has excellent dispersibility and storage stability.

도 1은 일 구현예에 따른 태양 전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a solar cell according to an embodiment.

이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged in order to clearly express various layers and regions. Like reference numerals are attached to similar parts throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "치환"이란 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐(F, Cl, Br 또는 I), 히드록시기, C1 내지 C20의 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 이미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 에테르기, 카르복실기 또는 그것의 염, 술폰산기 또는 그것의 염, 인산기 또는 그것의 염, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C2 내지 C20의 알키닐기, C6 내지 C30의 아릴기, C3 내지 C20의 사이클로알킬기, C3 내지 C20의 사이클로알케닐기, C3 내지 C20의 사이클로알키닐기, C2 내지 C20의 헤테로사이클로알킬기, C2 내지 C20의 헤테로사이클로알케닐기, C2 내지 C20의 헤테로사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합에서 선택되는 치환기로 치환된 것을 의미한다.Unless otherwise specified herein, "substituted" means that at least one hydrogen atom is halogen (F, Cl, Br or I), hydroxy group, C1 to C20 alkoxy group, nitro group, cyano group, amino group, imino group, azi Pottery, amidino group, hydrazino group, hydrazono group, carbonyl group, carbamyl group, thiol group, ester group, ether group, carboxyl group or salt thereof, sulfonic acid group or salt thereof, phosphoric acid group or salt thereof, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2 to C20 alkynyl group, C6 to C30 aryl group, C3 to C20 cycloalkyl group, C3 to C20 cycloalkenyl group, C3 to C20 cycloalkynyl group, C2 to It means substituted with a substituent selected from a C20 heterocycloalkyl group, a C2 to C20 heterocycloalkenyl group, a C2 to C20 heterocycloalkynyl group, a C3 to C30 heteroaryl group, or a combination thereof.

또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "헤테로"란, 고리기 내에 N, O, S 및 P 중 적어도 하나의 헤테로 원자가 적어도 하나 포함된 것을 의미한다.In addition, unless otherwise specified in the specification, "hetero" means that at least one hetero atom of at least one of N, O, S and P is included in the cyclic group.

일 구현예에 따른 전극 형성용 조성물은 도전성 분말; 유리프릿; 유기 바인더; 및 용매를 포함할 수 있다. The composition for forming an electrode according to an embodiment may include a conductive powder; Glass frit; Organic binders; And a solvent.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

상기 전극 형성용 조성물은 도전성 분말로서 금속 분말을 사용할 수 있다. 상기 금속 분말은 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 텅스텐(W), 주석(Sn), 크롬(Cr) 및 망간(Mn)에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The electrode-forming composition may use a metal powder as a conductive powder. The metal powder is silver (Ag), gold (Au), palladium (Pd), platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), and titanium. (Ti), niobium (Nb), tantalum (Ta), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), molybdenum (Mo), vanadium (V), zinc (Zn), magnesium (Mg), yttrium It may include one or more metals selected from (Y), cobalt (Co), zirconium (Zr), iron (Fe), tungsten (W), tin (Sn), chromium (Cr) and manganese (Mn), It is not limited to this.

상기 도전성 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입경을 갖는 분말일 수 있는데, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 도전성 분말, 수 내지 수십 마이크로미터의 도전성 분말일 수 있으며, 2 이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 도전성 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다. The conductive powder may be a powder having a nano-sized or micro-sized particle diameter, for example, a conductive powder having a size of tens to hundreds of nanometers, a conductive powder having a size of several to tens of micrometers, and having two or more different sizes. It is also possible to mix and use conductive powder.

상기 도전성 분말은 입자 형상이 구형, 판상, 무정형 형상을 가질 수 있다. 상기 도전성 분말의 평균 입경(D50)은 바람직하게는 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 더 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛이 될 수 있다. 상기 평균 입경은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 상온(20 내지 25℃)에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다. 상기 범위 내에서, 접촉저항과 선 저항이 낮아지는 효과를 가질 수 있다. The conductive powder may have a spherical shape, a plate shape, or an amorphous shape. The average particle diameter (D50) of the conductive powder is preferably 0.1 μm to 10 μm, more preferably 0.5 μm to 5 μm. The average particle diameter was measured using a 1064LD model manufactured by CILAS after dispersing the conductive powder in isopropyl alcohol (IPA) by ultrasonic waves at room temperature (20 to 25°C) for 3 minutes. Within the above range, contact resistance and line resistance may be lowered.

상기 도전성 분말은 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 60 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항의 증가로 변환 효율이 낮아지는 것을 막을 수 있고, 유기 비히클 양의 상대적인 감소로 페이스트화가 어려워지는 것을 막을 수 있다. 바람직하게는 70 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. The conductive powder may be included in an amount of 60 to 95% by weight based on 100% by weight of the total amount of the composition for forming an electrode. In the above range, it is possible to prevent the conversion efficiency from being lowered due to an increase in resistance, and it is possible to prevent it from becoming difficult to form a paste due to a relative decrease in the amount of the organic vehicle. Preferably it may be included in 70 to 90% by weight.

상기 유리프릿(glass frit)은 전극 형성용 조성물의 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 도전성 분말 입자를 용융시켜 저항이 낮아질 수 있도록 에미터 영역에 도전성 분말의 금속 결정 입자를 생성시키고, 도전성 분말과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결 시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.The glass frit generates metal crystal particles of conductive powder in the emitter region so that resistance is lowered by etching the antireflection film during the firing process of the electrode forming composition and melting the conductive powder particles, It improves the adhesion between the conductive powder and the wafer and softens during sintering to induce the effect of lowering the sintering temperature.

태양 전지의 효율을 증가시키기 위하여 태양 전지의 면적을 증가시키면 태양 전지의 접촉저항이 높아질 수 있으므로 pn 접합(pn junction)에 대한 피해를 최소화함과 동시에 직렬저항을 최소화시켜야 한다. 또한, 다양한 면저항을 가지는 기판의 증가에 따라 소성 온도가 변동폭이 커지므로 넓은 소성 온도에서도 열안정성이 충분히 확보될 수 있는 유리프릿을 사용하는 것이 바람직하다. In order to increase the efficiency of the solar cell, if the area of the solar cell is increased, the contact resistance of the solar cell may increase. Therefore, it is necessary to minimize the damage to the pn junction and at the same time minimize the series resistance. In addition, as the number of substrates having various sheet resistances increases, the sintering temperature increases, so it is preferable to use a glass frit capable of sufficiently securing thermal stability even at a wide sintering temperature.

상기 유리프릿은 통상적으로 전극 형성용 조성물에 사용되는 유연 유리프릿 및 무연 유리프릿 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.The glass frit may be any one or more of a flexible glass frit and a lead-free glass frit commonly used in a composition for forming an electrode.

상기 유리프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함할 수 있다. The glass frit is lead (Pb), tellurium (Te), bismuth (Bi), lithium (Li), phosphorus (P), germanium (Ge), gallium (Ga), cerium (Ce), iron (Fe), Silicon (Si), zinc (Zn), tungsten (W), magnesium (Mg), cesium (Cs), strontium (Sr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin (Sn), indium (In), Vanadium (V), barium (Ba), nickel (Ni), copper (Cu), sodium (Na), potassium (K), arsenic (As), cobalt (Co), zirconium (Zr), manganese (Mn) and It may contain at least one metal element selected from aluminum (Al).

유리프릿은 통상의 방법을 사용하여 상기 기술된 금속 원소의 산화물로부터 유래된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 원소의 산화물을 특정조성으로 혼합하여 제조한 혼합물을 용융한 후 급냉(quenching)한 다음 다시 분쇄하여 얻을 수 있다. 상기 혼합 공정은 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill)을 사용하여 실시할 수 있다. 상기 용융 공정은 700℃ 내지 1300℃의 조건에서 실시할 수 있으며, 상기 급냉 공정은 상온(20 내지 25℃)에서 실시할 수 있다. 상기 분쇄 공정은 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 실시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The glass frit may be derived from an oxide of the metal element described above using a conventional method. For example, it can be obtained by melting a mixture prepared by mixing oxides of metal elements in a specific composition, quenching, and then grinding again. The mixing process may be performed using a ball mill or a planetary mill. The melting process may be performed under conditions of 700°C to 1300°C, and the quenching process may be performed at room temperature (20 to 25°C). The pulverization process may be performed by a disk mill, a planetary mill, or the like, but is not limited thereto.

상기 유리프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있으며, 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 0.5 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 전극의 전기적 특성을 저해하지 않는 범위에서 전극의 접착 강도(adhesion strength)를 향상시킬 수 있다.The glass frit may have an average particle diameter (D50) of 0.1 μm to 10 μm, and may be included in an amount of 0.5 to 20% by weight based on 100% by weight of the total amount of the composition for forming an electrode. Within the above range, it is possible to improve the adhesion strength of the electrode in a range that does not impair the electrical properties of the electrode.

상기 유리프릿의 형상은 구형이어도 무정형상(non-shape)이어도 무방하다. 일 구현예에서, 전이 온도가 상이한 2종의 유리프릿을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 전이 온도가 200℃ 이상 350 ℃ 이하인 제1 유리프릿과 전이 온도가 350℃ 초과 550℃ 이하인 제2 유리프릿을 1 : 0.2 내지 1 : 1의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. The shape of the glass frit may be spherical or non-shape. In one embodiment, two types of glass frit having different transition temperatures may be used. For example, a first glass frit having a transition temperature of 200° C. or more and 350° C. or less and a second glass frit having a transition temperature of more than 350° C. and 550° C. or less may be mixed and used in a weight ratio of 1:0.2 to 1:1.

상기 전극 형성용 조성물은 유기 바인더로서 하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함할 수 있다.The composition for forming an electrode may include a polymer including a structural unit represented by Formula 1 below as an organic binder.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018040328516-pat00004
Figure 112018040328516-pat00004

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이고,R 1 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group,

X는 50 몰% 내지 90 몰% 이고,X is from 50 mol% to 90 mol%,

Y는 10 몰% 내지 50몰% 이다.Y is from 10 mol% to 50 mol%.

화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체는 폴리비닐아세탈 구조와 폴리비닐알코올 구조를 가진다. 폴리비닐아세탈은, 통상적으로 비닐알콜계 중합체를 원료로 하여 제조된다. 상기 폴리비닐알코올은 종래 공지의 방법, 즉 비닐에스테르계 단량체를 중합하고, 얻어진 중합체를 비누화함으로써 얻을 수 있다. 비닐에스테르계 단량체를 중합하는 방법으로서는, 용액 중합법, 괴상 중합법, 현탁 중합법, 유화 중합법 등, 종래 공지의 방법을 적용할 수 있다. 중합 개시제로서는 중합 방법에 따라, 아조계 개시제, 과산화물계 개시제, 레독스계 개시제 등이 적절하게 선택된다. 비누화 반응은, 종래 공지의 알칼리 촉매 또는 산 촉매를 이용하는 가알콜 분해, 가수 분해 등을 적용할 수 있고, 이 중에서도 메탄올을 용매로 하며 가성 소다(NaOH) 촉매를 이용하는 비누화 반응이 간편하고 가장 바람직하다.The polymer containing the structural unit represented by Formula 1 has a polyvinyl acetal structure and a polyvinyl alcohol structure. Polyvinyl acetal is usually produced from a vinyl alcohol-based polymer as a raw material. The polyvinyl alcohol can be obtained by a conventionally known method, that is, by polymerizing a vinyl ester-based monomer and saponifying the obtained polymer. As a method of polymerizing the vinyl ester-based monomer, a conventionally known method such as a solution polymerization method, a bulk polymerization method, a suspension polymerization method, and an emulsion polymerization method can be applied. As the polymerization initiator, an azo initiator, a peroxide initiator, a redox initiator, and the like are appropriately selected depending on the polymerization method. As for the saponification reaction, alcohol decomposition and hydrolysis using a conventionally known alkali catalyst or an acid catalyst can be applied, and among them, the saponification reaction using methanol as a solvent and a caustic soda (NaOH) catalyst is simple and most preferred. .

본 발명에 이용되는 폴리비닐아세탈의 원료가 되는 폴리비닐알코올의 평균 중합도는 용도에 따라 적절하게 선택되지만, 150∼3,000인 것이 바람직하고, 200∼2,000인 것이 보다 바람직하다.The average polymerization degree of polyvinyl alcohol used as the raw material of the polyvinyl acetal used in the present invention is appropriately selected depending on the application, but it is preferably 150 to 3,000, and more preferably 200 to 2,000.

아세탈화 반응에 이용하는 산 촉매로서는 특별히 한정되지 않고, 유기산 및 무기산 중 어느 것이라도 사용 가능하고, 예컨대, 초산, 파라톨루엔술폰산, 질산, 황산, 염산 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 염산, 황산, 질산이 바람직하게 이용되고, 특히 염산이 바람직하게 이용된다.The acid catalyst used in the acetalization reaction is not particularly limited, and any of an organic acid and an inorganic acid can be used, and examples thereof include acetic acid, paratoluenesulfonic acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and the like. Among these, hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid are preferably used, and hydrochloric acid is particularly preferably used.

본 발명의 아세탈화 반응에 이용하는 알데히드는 특별히 한정되지 않지만, 탄소수 1∼8의 알데히드로 아세탈화된 폴리비닐아세탈을 이용하는 것이 바람직하다. 탄소수 1∼8의 알데히드로서는, 포름알데히드, 아세트알데히드, 프로피온알데히드, n-부틸알데히드, 이소부틸알데히드, n-헥실알데히드, 2-에틸부틸알데히드, n-옥틸알데히드, 2-에틸헥실알데히드, 벤즈알데히드 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 사용되어도 좋고, 2종 이상이 병용되어도 좋다. 이들 중에서도 탄소수 4∼6의 알데히드, 특히 n-부틸알데히드가 바람직하게 이용된다.The aldehyde used in the acetalization reaction of the present invention is not particularly limited, but it is preferable to use polyvinyl acetal acetalized with an aldehyde having 1 to 8 carbon atoms. As aldehydes having 1 to 8 carbon atoms, formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, n-butylaldehyde, isobutylaldehyde, n-hexylaldehyde, 2-ethylbutylaldehyde, n-octylaldehyde, 2-ethylhexylaldehyde, benzaldehyde, etc. These may be mentioned, and these may be used individually, and 2 or more types may be used together. Among these, aldehydes having 4 to 6 carbon atoms, particularly n-butylaldehyde are preferably used.

즉, 폴리비닐아세탈로서는, 폴리비닐부티랄이 특히 바람직하다.That is, as polyvinyl acetal, polyvinyl butyral is particularly preferable.

폴리비닐아세탈의 평균 아세탈화도는, 40∼85 몰%인 것이 바람직하고, 적합하게는 48∼82 몰%, 더욱 적합하게 는 55∼81 몰%이다. 또한, 본 발명의 목적을 보다 적합하게 달성하기 위해서는, 폴리비닐아세탈의 비닐에스테르 단위 함유량 (통상은, 초산비닐 단위 함유량)은 0.01∼30 몰%, 적합하게는 0.05∼15 몰%, 보다 적합하게는 0.1∼5 몰%인 것이 좋다. 또한, 비닐알콜 단위 함유량은 10∼50 몰%, 적합하게는 12∼40 몰%, 최적으로는 15∼35 몰%이면 좋다. 또한, 상기 아세탈화도, 비닐에스테르 단위 함유량, 비닐알콜 단위 함유량의 값은, 아세탈화도(비닐아세탈 단위 함유량), 비닐에스테르 단위 함유량, 비닐알콜 단위 함유량의 합계량에 대한 값이다.The average degree of acetalization of the polyvinyl acetal is preferably 40 to 85 mol%, preferably 48 to 82 mol%, and more preferably 55 to 81 mol%. In addition, in order to achieve the object of the present invention more suitably, the content of the vinyl ester unit of the polyvinyl acetal (usually, the content of the vinyl acetate unit) is 0.01 to 30 mol%, preferably 0.05 to 15 mol%, more suitably. Is preferably 0.1 to 5 mol%. Further, the vinyl alcohol unit content is 10 to 50 mol%, preferably 12 to 40 mol%, and optimally 15 to 35 mol%. In addition, the values of the acetalization degree, the vinyl ester unit content, and the vinyl alcohol unit content are values with respect to the total amount of the acetalization degree (vinyl acetal unit content), the vinyl ester unit content, and the vinyl alcohol unit content.

또한, 상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체는 하기 화학식 3으로 표현되는 구조 단위를 더 포함할 수 있다:In addition, the polymer including the structural unit represented by Formula 1 may further include a structural unit represented by Formula 3:

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112018040328516-pat00005
Figure 112018040328516-pat00005

상기 화학식 3에서, In Chemical Formula 3,

R3은 수소 또는 메틸기이고,R 3 is hydrogen or a methyl group,

R4는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이고,R 4 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group,

Z는 0.01 몰% 내지 30 몰%이다.Z is from 0.01 mol% to 30 mol%.

상기 화학식 3으로 표현되는 구조 단위는 상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체 100 몰% 에 대하여 0.1 몰% 내지 30 몰%로 포함될 수 있다. 상기 상기 화학식 3의 구조 단위가 상기 범위로 포함되는 경우, 전극 형성용 조성물의 분산성과 인쇄 특성을 개선할 수 있다.The structural unit represented by Formula 3 may be included in an amount of 0.1 mol% to 30 mol% based on 100 mol% of the polymer including the structural unit represented by Formula 1. When the structural unit of Formula 3 is included in the above range, dispersibility and printing characteristics of the composition for forming an electrode may be improved.

상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 1,000 g/mol 내지 300,000 g/mol 일 수 있다. 상기 범위에서 전극 형성용 조성물의 분산성과 인쇄 특성을 개선할 수 있다.The weight average molecular weight (Mw) of the polymer including the structural unit represented by Formula 1 may be 1,000 g/mol to 300,000 g/mol. In the above range, it is possible to improve the dispersibility and printing properties of the electrode-forming composition.

또한, 상기 전극 형성용 조성물은 하기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the composition for forming an electrode may include a block isocyanate compound represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018040328516-pat00006
Figure 112018040328516-pat00006

상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,

BL은 메틸 에틸 케톡심(methylethyl ketoxime), 카프로락탐(caprolactam), 3,5-디메틸피라졸(3,5-dimethyl pyrazole), 1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole), 이미다졸(imidazole), 2-부타아닌디에틸말로네이트(2-butanine diethyl malonate) 또는 에틸아세트아세테이트(ethylacetoacetate)이고, BL is methylethyl ketoxime, caprolactam, 3,5-dimethyl pyrazole, 1,2,4-triazole , Imidazole, 2-butanine diethyl malonate or ethylacetoacetate,

R2는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이다.R 2 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group.

특히, 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물은 상온 안정성이 우수하고, 블록이소시아네이트의 블록킹제가 해리되면서(해리온도: 100~200℃) 실버페이스트 건조온도(250~400℃)에서 유기 바인더와 이소시아네이트의 가교화 반응에 의해 선폭번짐 현상을 제어하며, 우레탄 결합에 의해 기재인 실리콘 웨이퍼와의 부착력 향상에 효과가 있다. In particular, the block isocyanate compound represented by Formula 2 has excellent stability at room temperature, and crosslinking of the organic binder and isocyanate at the silver paste drying temperature (250 to 400°C) while the blocking agent of the block isocyanate is dissociated (dissociation temperature: 100 to 200°C). It controls the line width bleeding phenomenon by the reaction reaction, and is effective in improving the adhesion to the silicon wafer as the substrate by urethane bonding.

상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더와 상기 화학식 2로 표현되는 불록이소시아네이트 화합물의 혼합 중량비는 30 : 1 내지 1 : 1, 구체적으로는 10 : 1 내지 1:1 일 수 있다. 상기 범위에서 선폭번짐 현상 제어 및 실리콘 웨이퍼와의 부착력 향상에 보다 효과가 있다.The mixing weight ratio of the organic binder containing the polymer containing the structural unit represented by Chemical Formula 1 and the fluoroisocyanate compound represented by Chemical Formula 2 is 30:1 to 1:1, specifically 10:1 to 1:1 days I can. In the above range, it is more effective in controlling line width spreading and improving adhesion to the silicon wafer.

상기 전극 형성용 조성물은 상기에서 전술한 블록이소시아네이트 화합물 외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 표면처리제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 가소제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.In addition to the above-described block isocyanate compound, the electrode-forming composition may further include conventional additives as necessary in order to improve flow characteristics, process characteristics, and stability. The additive may be used alone or in combination of two or more of a surface treatment agent, a dispersant, a thixotropic agent, a viscosity stabilizer, a plasticizer, an antifoaming agent, a pigment, an ultraviolet stabilizer, an antioxidant, a coupling agent, and the like.

이들은 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있지만 필요에 따라 함량을 변경할 수 있다. 상기 첨가제의 함량은 전극 형성용 조성물의 인쇄 특성, 분산성 및 저장 안정성을 고려하여 선택될 수 있다.These may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on 100% by weight of the total amount of the composition for forming an electrode, but the content may be changed as necessary. The content of the additive may be selected in consideration of printing characteristics, dispersibility, and storage stability of the composition for forming an electrode.

상기 전극 형성용 조성물은 도전성 분말 60 내지 95 중량%; 유리프릿 0.5 내지 20 중량%; 상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더 1 내지 20 중량%; 상기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물 0.1 내지 5 중량%; 및 용매 잔부량을 포함할 수 있다. 상기 범위에서 전극 형성용 조성물의 적절한 점도를 얻을 수 있어 기판과의 접착력 저하를 방지할 수 있으며, 소성 시 유기 바인더의 분해가 원활히 이루어지지 않아 저항이 높아지고 소성공정 시 전극의 갈라짐, 오픈, 핀홀 발생 등의 문제점을 방지할 수 있다.The electrode-forming composition is 60 to 95% by weight of conductive powder; 0.5 to 20% by weight of glass frit; 1 to 20% by weight of an organic binder containing a polymer containing the structural unit represented by Formula 1; 0.1 to 5% by weight of the block isocyanate compound represented by Chemical Formula 2; And the residual amount of the solvent. In the above range, an appropriate viscosity of the composition for forming an electrode can be obtained, so that the adhesion to the substrate can be prevented from deteriorating, and the organic binder is not decomposed smoothly during firing, resulting in high resistance, and cracking, opening, and pinhole of the electrode during the firing process. It can prevent problems such as.

상기 용매로는 100℃ 이상의 비점을 갖는 것으로, 메틸셀로솔브(methyl cellosolve), 에틸 셀로솔브(ethyl cellosolve), 부틸 셀로솔브(butylcellosolve), 지방족 알코올(aliphatic alcohol), α-터피네올(terpineol), β-터피네올, 다이하이드로터피네올(dihydro-terpineol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 에틸렌 글리콜모노부틸에테르(ethylene glycol mono butyl ether), 부틸셀로솔브 아세테이트(butyl cellosolve acetate), 텍사놀(Texanol) 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. The solvent has a boiling point of 100°C or higher, and includes methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butylcellosolve, aliphatic alcohol, and α-terpineol. ), β-terpineol, dihydro-terpineol, ethylene glycol, ethylene glycol mono butyl ether, butyl cellosolve acetate, Texanol, etc. may be used alone or in combination of two or more.

상기 용매는 전극 형성용 조성물 중 잔부량으로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다. The solvent may be included in the balance of the composition for forming an electrode, and specifically, may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on 100% by weight of the total amount of the composition for forming an electrode. Sufficient adhesive strength and excellent printability can be secured within the above range.

다른 구현예에 따르면 상기 전극 형성용 조성물로부터 형성된 전극을 제공한다.According to another embodiment, an electrode formed from the electrode-forming composition is provided.

또 다른 구현예에 따르면 상기 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.According to another embodiment, a solar cell including the electrode is provided.

도 1을 참조하여 일 구현예에 따른 태양 전지를 설명한다. 도 1은 일 구현예에 따른 태양 전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.A solar cell according to an embodiment will be described with reference to FIG. 1. 1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a solar cell according to an embodiment.

도 1을 참조하면, p층(또는 n층)(101) 및 에미터로서의 n층(또는 p 층)(102)을 포함하는 기판 (100) 상에, 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 전극 형성용 조성물을 기판의 후면에 인쇄 도포한 후, 대략 200℃ 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도 건조하여 후면 전극을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 전극 형성용 조성물에 포함된 상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더와 상기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트를 혼합하여 만들어진 페이스트는 상온 저장성이 우수하여 상온에서는 점도 변화 등이 발생되지 않으며, 인쇄 도포한 대략 200℃ 내지 400℃ 영역에서 블록이소시아네이트가 해리되면서 발생되는 이소시아네이트와 화학식 1의 하이드록시기가 반응하여 가교구조를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 1, on a substrate 100 including a p-layer (or n-layer) 101 and an n-layer (or p-layer) 102 as an emitter, a composition for forming an electrode is printed and fired to The electrode 210 and the front electrode 230 may be formed. For example, after printing the composition for forming an electrode on the rear surface of the substrate, drying it at a temperature of about 200° C. to 400° C. for about 10 to 60 seconds to perform a preliminary preparation step for the rear electrode. A paste made by mixing an organic binder containing a polymer containing a structural unit represented by Chemical Formula 1 and a block isocyanate represented by Chemical Formula 2 contained in the composition for forming an electrode has excellent storage at room temperature, so viscosity change at room temperature, etc. It does not occur, and the isocyanate generated by dissociation of the block isocyanate in the region of approximately 200°C to 400°C applied by printing may react with the hydroxy group of Formula 1 to form a crosslinked structure.

또한, 기판의 전면에 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400℃ 내지 980℃, 바람직하게는 700℃ 내지 980℃에서 약 30초 내지 210초 소성 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 수 있다. In addition, the electrode-forming composition may be printed on the entire surface of the substrate and dried to perform a preliminary preparation step for the front electrode. Thereafter, a firing process may be performed at 400° C. to 980° C., preferably 700° C. to 980° C. for about 30 to 210 seconds to form the front electrode and the rear electrode.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples, but these examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the present invention.

중합체의 합성Polymer synthesis

<< 합성예Synthesis example 1> 1>

질소 분위기의 콘덴서가 설치된 둥근 바닥 플라스크에 10 wt%의 폴리비닐알코올(중합도: 1,700, ㈜OCI) 수용액 100 g에 5 wt% 염산수용액 6.5 g을 첨가한 후 상기 수용액을 교반 하면서(온도는 50 ℃를 유지) 1.5 g의 부틸 알데히드((주)아크로스화학, 순도 99%)를 첨가하여 반응시켰다. 이후 30℃ 이하로 냉각시킨 다음, 4.0 g의 부틸 알데히드를 추가하였다. 이후 혼합물을 다시 50℃까지 승온시켜, 4시간 동안 유지시킨 후 반응을 종결하였다. 얻어진 중합체로부터 미반응물을 제거하기 위하여 증류수로 세척 후 저온 건조시켜 중량평균 분자량 130,000 g/mol의 폴리비닐부티랄 공중합체를 얻었다.Add 6.5 g of a 5 wt% aqueous hydrochloric acid solution to 100 g of a 10 wt% polyvinyl alcohol (polymerization degree: 1,700, OCI) aqueous solution to a round bottom flask equipped with a nitrogen atmosphere condenser, and then stir the aqueous solution (temperature is 50 ℃ Retaining) 1.5 g of butyl aldehyde (Across Chemical Co., Ltd., purity 99%) was added and reacted. After cooling to 30° C. or lower, 4.0 g of butyl aldehyde was added. Thereafter, the mixture was heated up to 50° C. again, maintained for 4 hours, and the reaction was terminated. In order to remove unreacted substances from the obtained polymer, it was washed with distilled water and then dried at low temperature to obtain a polyvinyl butyral copolymer having a weight average molecular weight of 130,000 g/mol.

<< 합성예Synthesis example 2> 2>

중합도가 5,000인 폴리비닐알코올(㈜OCI)을 사용한 것을 제외하고는 합성예 1과 동일한 방법으로 하여 중량평균 분자량 200,000 g/mol의 폴리비닐부티랄 공중합체를 얻었다.A polyvinyl butyral copolymer having a weight average molecular weight of 200,000 g/mol was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1, except that polyvinyl alcohol (OCI) having a polymerization degree of 5,000 was used.

블록이소시아네이트Block isocyanate 화합물의 합성 Compound synthesis

<< 합성예Synthesis example 3> 3>

질소 분위기의 콘덴서가 설치된 둥근 바닥 플라스크에 헥사메틸렌 디이소시아네이트 트라이머(Hexamethylene diisocyanate trimer)(1eq)을 넣고, 75℃에서 블록킹제로서 메틸 에틸 케톡심(methylethyl ketoxime)(1.5eq)를 투입하여 반응시킨 후. FT-IR로 이소시아네이트기가 소멸된 것(2270cm-1)을 확인하고, 반응을 종료한 다음, 부틸셀로솔브 아세테이트를 투입하여 점도를 40,000 cps/25℃가 되도록 조절하여, 상기 화학식 2의 구조단위를 갖는 블록이소시아네이트 화합물을 얻었다.Hexamethylene diisocyanate trimer (1eq) was added to a round bottom flask equipped with a nitrogen atmosphere condenser, and methylethyl ketoxime (1.5eq) was added as a blocking agent at 75°C to react. after. After confirming that the isocyanate group disappeared (2270cm -1 ) by FT-IR, and after the reaction was terminated, butylcellosolve acetate was added to adjust the viscosity to 40,000 cps/25°C, and the structural unit of Formula 2 A blocked isocyanate compound having was obtained.

전극형성용 조성물의 제조Preparation of composition for electrode formation

<< 실시예Example 1> 1>

유기 바인더로서 상기 합성예 1로부터 제조된 공중합체 1.5 중량% 및 상기 합성예 2로부터 제조된 공중합체 1.5 중량%를 용매인 부틸셀로솔브 아세테이트(butyl cellosolve acetate) 6.5 중량%에 50 ℃ 에서 충분히 용해한 다음, 합성예 3으로부터 제조된 블록이소시아네이트 화합물 1 중량%, 평균 입경이 1.0㎛ 이고 전이온도가 341 ℃인 저융점 유연 유리 프릿 (유연 Glass, (주)파티클로지, CI-124) 2.0 중량%, 첨가제로서 분산제 BYK102(BYK-chemie) 0.2 중량% 및 요변제 Thixatrol ST(Elementis Co.) 0.3 중량%, 평균입경(D50)이 1.5㎛인 구형의 은 분말 (Dowa社, AG-4-8) 87중량%를 투입하여 균일하게 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 전극 형성용 조성물을 준비하였다.As an organic binder, 1.5% by weight of the copolymer prepared from Synthesis Example 1 and 1.5% by weight of the copolymer prepared from Synthesis Example 2 were sufficiently dissolved in 6.5% by weight of butyl cellosolve acetate as a solvent at 50°C. Next, 1 wt% of the block isocyanate compound prepared from Synthesis Example 3, a low melting point flexible glass frit having an average particle diameter of 1.0 μm and a transition temperature of 341° C. (Flexible Glass, Paticloji, CI-124) 2.0 wt%, As additives, 0.2% by weight of dispersant BYK102 (BYK-chemie) and 0.3% by weight of thixotropic agent Thixatrol ST (Elementis Co.), spherical silver powder with an average particle diameter (D50) of 1.5㎛ (Dowa, AG-4-8) 87 A composition for forming an electrode was prepared by adding wt% and mixing uniformly, followed by mixing and dispersing with a 3-roll kneader.

<< 실시예Example 2> 2>

유기 바인더로서 상기 합성예 1로부터 제조된 공중합체 2 중량% 및 상기 합성예 2로부터 제조된 공중합체 1 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 형성용 조성물을 준비하였다.A composition for forming an electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2% by weight of the copolymer prepared from Synthesis Example 1 and 1% by weight of the copolymer prepared from Synthesis Example 2 were used as organic binders.

<< 실시예Example 3> 3>

유기 바인더로서 상기 합성예 1로부터 제조된 공중합체 1 중량% 및 상기 합성예 2로부터 제조된 공중합체 2 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전극 형성용 조성물을 준비하였다.A composition for forming an electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1% by weight of the copolymer prepared from Synthesis Example 1 and 2% by weight of the copolymer prepared from Synthesis Example 2 were used as organic binders.

<< 비교예Comparative example 1> 1>

합성예 1로부터 제조된 공중합체 및 상기 합성예 2로부터 제조된 공중합체를 사용하지 않고, 유기 바인더로서 셀룰로오스 바인더(Dow chemical社, STD 45) 중합체 3중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.Example 1 and Example 1 except that the copolymer prepared from Synthesis Example 1 and the copolymer prepared from Synthesis Example 2 were not used, and 3% by weight of a cellulose binder (Dow Chemical Co., STD 45) polymer was used as an organic binder. A composition for forming a solar cell electrode was prepared in the same manner.

<< 비교예Comparative example 2> 2>

합성예 1로부터 제조된 공중합체, 상기 합성예 2로부터 제조된 공중합체 및 블록이소시아네이트 화합물을 사용하지 않고, 유기 바인더로서 셀룰로오스 바인더(Dow chemical사 STD 4) 중합체 3중량%를 사용하고, 용매를 7.5중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.The copolymer prepared from Synthesis Example 1, the copolymer prepared from Synthesis Example 2, and the block isocyanate compound were not used, and 3% by weight of a cellulose binder (STD 4, manufactured by Dow Chemical) was used as an organic binder, and the solvent was 7.5. A composition for forming a solar cell electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that weight% was used.

<< 비교예Comparative example 3> 3>

블록이소시아네이트 화합물을 사용하지 않고, 용매를 7.5중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.A composition for forming a solar cell electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that a block isocyanate compound was not used and 7.5% by weight of a solvent was used.

물성평가방법Method of property evaluation

(1) 저장 안정성((1) Storage stability ( %% ) )

하기 식 1에 의거하여 제조된 전극형성용 조성물의 보관 전후의 점도 변화율로 저장 안정성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Storage stability was evaluated by the viscosity change rate before and after storage of the electrode-forming composition prepared according to Equation 1 below, and the results are shown in Table 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112018040328516-pat00007
Figure 112018040328516-pat00007

(F0: 전극 형성용 조성물을 25℃, 50±5% 상대 습도 조건에서 1일 보관 후, 상온(25℃)에서 측정한 점도 값(F 0 : Viscosity value measured at room temperature (25°C) after storing the electrode-forming composition at 25°C and 50±5% relative humidity for 1 day

F1: 전극 형성용 조성물을 25℃, 50±5% 상대 습도 상태에서 30일 보관 후, 상온(25℃)에서 측정한 점도 값) F 1 : After storing the electrode-forming composition for 30 days at 25°C and 50±5% relative humidity, the viscosity value measured at room temperature (25°C))

※ 점도 측정: Brookfield社의 점도계(HBDV-2+pro)를 사용하여 SC4-14 스핀들과 SC4-6RP 챔버를 장착하여 25℃에서 10rpm으로 30초간 preshear를 가한 뒤 그 값을 측정 하였다.※ Viscosity measurement: Using a Brookfield viscometer (HBDV-2+pro), an SC4-14 spindle and an SC4-6RP chamber were mounted, preshear was applied at 25℃ at 10 rpm for 30 seconds, and the value was measured.

(2) 미세패턴 평가(2) fine pattern evaluation

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따른 전극 형성용 조성물을 면 저항 90Ω인 폴리 P 타입 실리콘 웨이퍼(Wafer) 전면에 스크린 마스크를 이용하여 각각 스크린 프린팅하여 전극 패턴(finger bar)을 인쇄하고, 적외선 건조로를 사용하여 건조시켰다. 이후 웨이퍼의 후면에 알루미늄을 포함하는 전극 형성용 조성물을 후면 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 400 내지 950 ℃사이로 30 초에서 50 초간 소성을 행하였으며, 제조된 전극(finger bar)의 단선 여부를 확인하기 위하여 EL tester(MV tech 社)를 이용하여 Line opening 개수를 측정하였으며, 전극 라인의 선폭 및 두께는 VK 장비(KEYENCE社 VK9710)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The electrode-forming compositions according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were screen-printed on the entire surface of a poly P-type silicon wafer having a surface resistance of 90Ω using a screen mask, respectively, to print a finger bar. And dried using an infrared drying furnace. Thereafter, a composition for forming an electrode including aluminum was printed on the back side of the wafer and dried in the same manner. The cell formed by the above process was fired for 30 to 50 seconds between 400 and 950 °C using a belt-type kiln, and an EL tester (MV Tech Co., Ltd.) was used to check whether the manufactured electrode (finger bar) was disconnected. The number of line openings was measured, and the line width and thickness of the electrode line were measured using a VK equipment (KEYENCE Corporation VK9710), and the results are shown in Table 1 below.

* 스크린 마스크 : SUS325 type / Emulsion 두께 15㎛ / 핑거바 선폭 45㎛, 핑거바 개수 80개* Screen mask: SUS325 type / Emulsion thickness 15㎛ / Finger bar line width 45㎛, Number of finger bars 80

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 저장안정성 (%)Storage stability (%) 55 55 55 55 44 44 인쇄 후 선폭 L1 (㎛)Line width after printing L1 (㎛) 6161 6060 5858 5959 6060 6363 건조 후 선폭 L2 (㎛)Line width after drying L2 (㎛) 6363 6262 6060 6161 6666 7171 소성 후 선폭 L3 (㎛)Line width after firing L3 (㎛) 6464 6262 6060 6363 6868 7373 소성 후 두께 D1 (㎛)Thickness D1 after firing (㎛) 2121 2222 2121 2020 2020 1919 선폭△ (L1-L2) (㎛)Line width△ (L1-L2) (㎛) △2△2 △2△2 △2△2 △2△2 △6△6 △8△8 종횡비 (D1/L3)Aspect Ratio (D1/L3) 0.3280.328 0.3550.355 0.3500.350 0.3170.317 0.2940.294 0.2600.260

표 1을 참조하면 실시예 1 내지 3에 따른 전극 형성용 조성물이 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 전극 형성용 조성물에 비하여 저장안정성이 우수하고 이로부터 제조된 전극패턴의 선폭 또한 미세하게 형성됨을 알 수 있다. Referring to Table 1, it is understood that the composition for forming an electrode according to Examples 1 to 3 has excellent storage stability compared to the composition for forming an electrode according to Comparative Examples 1 to 3, and the line width of the electrode pattern prepared therefrom is also fine Able to know.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily implemented by those of ordinary skill in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.

100: 기판 101: p층(또는 n층)
102: n층(또는 p 층) 210: 후면 전극
230: 전면 전극
100: substrate 101: p-layer (or n-layer)
102: n-layer (or p-layer) 210: rear electrode
230: front electrode

Claims (11)

도전성 분말;
유리프릿;
하기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더;
하기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물; 및
용매
를 포함하고,
상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더와 상기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물의 혼합 중량비는 30 : 1 내지 1 : 1이며,
상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체는 하기 화학식 3으로 표현되는 구조 단위를 더 포함하는 전극 형성용 조성물:
[화학식 1]
Figure 112020135633782-pat00008

상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이고,
X는 50 몰% 내지 90 몰%이고,
Y는 10 몰% 내지 50몰%이며;
[화학식 2]
Figure 112020135633782-pat00009

상기 화학식 2에서,
BL은 메틸 에틸 케톡심(methylethyl ketoxime), 카프로락탐(caprolactam), 3,5-디메틸피라졸(3,5-dimethyl pyrazole), 1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole), 이미다졸(imidazole), 2-부타아닌디에틸말로네이트(2-butanine diethyl malonate) 또는 에틸아세트아세테이트(ethylacetoacetate)이고,
R2는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이며,
[화학식 3]
Figure 112020135633782-pat00014

상기 화학식 3에서,
R3은 수소 또는 메틸기이고,
R4는 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C10 알킬기이고,
Z는 0.01 몰% 내지 30 몰%이다.
Conductive powder;
Glass frit;
An organic binder containing a polymer containing a structural unit represented by the following formula (1);
Block isocyanate compounds represented by the following formula (2); And
menstruum
Including,
The mixing weight ratio of the organic binder containing the polymer containing the structural unit represented by Formula 1 and the block isocyanate compound represented by Formula 2 is 30:1 to 1:1,
The polymer containing the structural unit represented by Formula 1 is a composition for forming an electrode further comprising a structural unit represented by the following Formula 3:
[Formula 1]
Figure 112020135633782-pat00008

In Formula 1,
R 1 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group,
X is from 50 mol% to 90 mol%,
Y is from 10 mol% to 50 mol%;
[Formula 2]
Figure 112020135633782-pat00009

In Chemical Formula 2,
BL is methylethyl ketoxime, caprolactam, 3,5-dimethyl pyrazole, 1,2,4-triazole , Imidazole, 2-butanine diethyl malonate or ethylacetoacetate,
R 2 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group,
[Formula 3]
Figure 112020135633782-pat00014

In Chemical Formula 3,
R 3 is hydrogen or a methyl group,
R 4 is a substituted or unsubstituted linear or branched C1 to C10 alkyl group,
Z is from 0.01 mol% to 30 mol%.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체의 중량평균분자량(Mw)은 1,000 g/mol 내지 300,000 g/mol인 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
A composition for forming an electrode having a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 g/mol to 300,000 g/mol of the polymer containing the structural unit represented by Formula 1 above.
제1항에 있어서,
상기 도전성 분말 60 내지 95 중량%;
상기 유리프릿 0.5 내지 20 중량%;
상기 화학식 1로 표현되는 구조 단위를 포함하는 중합체를 포함하는 유기 바인더 1 내지 20 중량%;
상기 화학식 2로 표현되는 블록이소시아네이트 화합물 0.1 내지 5 중량%; 및
상기 용매 잔부량
을 포함하는 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
60 to 95% by weight of the conductive powder;
0.5 to 20% by weight of the glass frit;
1 to 20% by weight of an organic binder containing a polymer containing the structural unit represented by Formula 1;
0.1 to 5% by weight of the block isocyanate compound represented by Chemical Formula 2; And
The residual amount of the solvent
Composition for forming an electrode comprising a.
제1항에 있어서,
상기 유리프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함하는 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The glass frit is lead (Pb), tellurium (Te), bismuth (Bi), lithium (Li), phosphorus (P), germanium (Ge), gallium (Ga), cerium (Ce), iron (Fe), Silicon (Si), zinc (Zn), tungsten (W), magnesium (Mg), cesium (Cs), strontium (Sr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin (Sn), indium (In), Vanadium (V), barium (Ba), nickel (Ni), copper (Cu), sodium (Na), potassium (K), arsenic (As), cobalt (Co), zirconium (Zr), manganese (Mn) and A composition for forming an electrode comprising at least one metal element selected from aluminum (Al).
제1항에 있어서,
상기 용매는 메틸셀로솔브(methyl cellosolve), 에틸 셀로솔브(ethyl cellosolve), 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve), 지방족 알코올(aliphatic alcohol), α-터피네올(terpineol), β-터피네올, 다이하이드로터피네올(dihydro-terpineol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 에틸렌 글리콜모노부틸에테르(ethylene glycol mono butyl ether), 부틸셀로솔브 아세테이트(butyl cellosolve acetate) 및 텍사놀(Texanol)에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The solvent is methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, aliphatic alcohol, α-terpineol, β-terpineol, Selected from dihydro-terpineol, ethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, butyl cellosolve acetate and Texanol. A composition for forming an electrode comprising at least one.
제1항에 있어서,
상기 전극 형성용 조성물은 표면처리제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 가소제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제에서 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함하는 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The composition for forming an electrode further comprises at least one additive selected from a surface treatment agent, a dispersant, a thixotropic agent, a viscosity stabilizer, a plasticizer, a defoaming agent, a pigment, a UV stabilizer, an antioxidant and a coupling agent.
제1항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전극 형성용 조성물로 제조된 전극.An electrode made of the composition for forming an electrode of any one of claims 1 and 5 to 9. 제10항에 따른 전극을 포함하는 태양 전지.A solar cell comprising the electrode according to claim 10.
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